基于大數(shù)據(jù)分析的變電站設(shè)備智能化巡檢系統(tǒng)

基于大數(shù)據(jù)分析的變電站設(shè)備智能化巡檢系統(tǒng)摘要：電力設(shè)備巡檢是對變電站設(shè)備進(jìn)行常規(guī)檢修的基本工作。當(dāng)前電力企業(yè)普遍采取人工巡檢為主，手持終端PDA為輔。該工作模式可以實(shí)時巡檢人員的位置，對巡檢的就地率有基本的巡檢功能，PDA可以自動輸入設(shè)備信息，節(jié)約人工記錄時間，但是仍然存在著不能滿足實(shí)際巡檢需求的問題，如監(jiān)測數(shù)據(jù)復(fù)雜冗余、缺乏故障數(shù)據(jù)分析等。同時，作為智能電網(wǎng)中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，變電站數(shù)量眾多，分布廣泛，地理位置人煙稀少，給電力系統(tǒng)的維護(hù)和管理造成了諸多的困難。智能巡檢與監(jiān)管系統(tǒng)也將代替人工巡檢和變電站監(jiān)視控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)變電站管理的高度智能化。關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；變電站設(shè)備；智能化巡檢系統(tǒng)引言電力企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，明確提出了利用在線監(jiān)測、視頻巡檢、無人機(jī)、衛(wèi)星遙感、智能單兵監(jiān)測等多種信息源，以對電網(wǎng)設(shè)備狀況進(jìn)行精確的評價，為制定更有針對性的巡檢和檢修計劃提供依據(jù)。按照國家電網(wǎng)對變電站自動化運(yùn)行的需求，各電力公司應(yīng)利用高清視頻、AI、無人機(jī)航測等技術(shù)，加強(qiáng)對變電站一次設(shè)備、二次保護(hù)監(jiān)測屏柜、生產(chǎn)環(huán)境的多維度高清遠(yuǎn)程立體智能巡檢，為電力行業(yè)的數(shù)字化升級、節(jié)能減排的綠色目標(biāo)實(shí)現(xiàn)做出有力助推。1.變電站傳統(tǒng)巡檢痛點(diǎn)傳統(tǒng)的變電站人工巡檢，大多是由地面工作人員沿巡檢通道進(jìn)行巡檢和記錄，傳統(tǒng)的無人駕駛飛機(jī)，需要專業(yè)的飛行人員，因此受到了很大的限制。傳統(tǒng)的人巡+手控機(jī)巡線的常規(guī)巡檢存在著如下困難：①人工巡檢受限于視角，難以覆蓋高層、中層設(shè)備，容易疏忽個別安全隱患；②采用手控機(jī)巡檢方法，必須避開電力設(shè)施，對飛行人員的操作有很高的要求；③夏季高溫炎熱，工作強(qiáng)度大，工作風(fēng)險大；④不能立即辨認(rèn)出巡檢圖像，需要軟件進(jìn)行識別，再由人工進(jìn)行復(fù)查，時效性較差。隨著電力網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的日益擴(kuò)大，傳統(tǒng)的變電站巡檢技術(shù)模式面臨諸多問題與挑戰(zhàn)，迫切需要加強(qiáng)電力系統(tǒng)的信息化建設(shè)。2.智能變電站巡檢系統(tǒng)的必要性智能變電站是一種具有自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)作交互等功能的變電站，它具有將電流、電壓等電能轉(zhuǎn)換為特定地區(qū)的電能。盡管智能化變電站具有信息化、科學(xué)化的特點(diǎn)，但不可否認(rèn)其具有高度的安全運(yùn)行風(fēng)險。因此為了保障變電站的設(shè)備安全運(yùn)行，以及結(jié)合無人值班變電站的實(shí)際情況，現(xiàn)基本對變電站采用傳統(tǒng)定期人工巡檢的方式。但隨著變電站越來越多，傳統(tǒng)人工巡檢的弊端也越來越明顯。①巡檢人員不足，巡檢周期變得越來越長，無法及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備問題；②隨著人員流動和崗位調(diào)整，造成巡檢人員素質(zhì)參差不齊，巡檢質(zhì)量達(dá)不到預(yù)期效果；③較多變電站地點(diǎn)離巡維中心還有一定的距離，需要投入較大的人力物力在路途中，巡檢效益差。因此傳統(tǒng)的巡檢方式已無法滿足現(xiàn)代的管理要求，電力企業(yè)迫切需要一種新型的巡檢手段。隨著近年AI技術(shù)的快速發(fā)展，一種基于AI和大數(shù)據(jù)的智能化變電站巡檢系統(tǒng)可很好的解決傳統(tǒng)人工巡檢存在的問題。3.多維智能遠(yuǎn)程巡檢系統(tǒng)多維智能遠(yuǎn)程巡檢系統(tǒng)由調(diào)度端智能遠(yuǎn)程巡檢主站、變電站端智能巡檢監(jiān)控系統(tǒng)和巡維中心(集控中心）端的遠(yuǎn)程巡檢工作站組成。站端智能巡檢監(jiān)控系統(tǒng)通過高清可見光攝像機(jī)、紅外測溫攝像機(jī)、傳感器、智能機(jī)器人、無人機(jī)等設(shè)備采集變電站電氣設(shè)備、環(huán)境等狀態(tài)信息。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示：變電站端智能巡檢監(jiān)控主機(jī)在每次巡檢完成后通過數(shù)據(jù)網(wǎng)將巡檢信息及結(jié)果通過綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)發(fā)送給調(diào)度端智能遠(yuǎn)程巡檢主站。調(diào)度端智能遠(yuǎn)程巡檢主站和遠(yuǎn)程巡檢工作站也可主動向變電站多維智能遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺獲得實(shí)時或歷史巡檢信息。變電站端智能巡檢監(jiān)控系統(tǒng)基于AI及大數(shù)據(jù)技術(shù)，可制定智能巡視策略、設(shè)備狀態(tài)和趨勢分析與預(yù)判、現(xiàn)場作業(yè)安全風(fēng)險管控、遠(yuǎn)程視頻驗(yàn)證、智能預(yù)警模塊等深度開發(fā)的應(yīng)用模塊。從而具有智能巡視、設(shè)備狀態(tài)智能監(jiān)測、表計讀數(shù)智能識別、保護(hù)裝置信息采集、設(shè)備缺陷智能識別、人員行為智能監(jiān)測等功能。并可對設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行提前分析和預(yù)判，發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在隱患，提前向巡檢人員發(fā)出預(yù)警信息，從而降低變電站的設(shè)備故障造成的安全事故。多維智能遠(yuǎn)程巡檢系統(tǒng)通過隔離裝置與調(diào)度中心SCADA主站進(jìn)行通信，接收自動化系統(tǒng)的遙控、遙信等信息；當(dāng)SCADA主站對某一設(shè)備下達(dá)了遠(yuǎn)程控制命令后，系統(tǒng)就會自動地將該設(shè)備的圖像、開合狀態(tài)、自身溫度、儀表讀數(shù)、設(shè)備所處的環(huán)境信息等全部顯示出來，從而使調(diào)度員能夠全面地分析和判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，確保遠(yuǎn)程控制的可靠性。變電站多維智能遠(yuǎn)程巡檢系統(tǒng)按照“調(diào)控一體化”、“無人值班變電站”和“五通一措”的電力系統(tǒng)運(yùn)行需求而開發(fā)的，它為調(diào)度人員遠(yuǎn)程遙控、設(shè)備巡檢、運(yùn)維人員現(xiàn)場作業(yè)和應(yīng)急處置等生產(chǎn)、安防等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的智能監(jiān)控與應(yīng)急指揮平臺，能夠切合電力生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用，保障電網(wǎng)生產(chǎn)安全運(yùn)營。4.變電站智能巡檢技術(shù)

變電站智能巡檢數(shù)據(jù)采集主要采用攝像機(jī)群、無人機(jī)、智能機(jī)器人等方式，結(jié)合AI識別及判斷技術(shù)進(jìn)行。4.1智能巡檢攝像機(jī)群在變電站內(nèi)設(shè)置覆蓋全站電氣設(shè)備的高清可見光攝像機(jī)、紅外測溫攝像機(jī)、傳感器等設(shè)備，按照制定的自動巡檢策略對站內(nèi)電氣設(shè)備進(jìn)行巡檢。此方案可根據(jù)變電站進(jìn)行定制，無懼變電站復(fù)雜多變、設(shè)備多樣化的特點(diǎn)，具有全方位的視頻巡檢、全面的自動分析功能，支持智能化運(yùn)維，助力變電站逐步實(shí)現(xiàn)無人值守。攝像機(jī)群巡檢的主要功能有：①靈活的視頻采集功能：采用云臺攝像機(jī)和紅外測溫攝像機(jī)，既能保證變電站的安全，又能有效地減少硬件開銷。該系統(tǒng)有效地解決了當(dāng)前變電站視頻巡檢系統(tǒng)中存在的缺陷，以及老式安防攝像機(jī)的監(jiān)測能力差等問題。②強(qiáng)大的算法識別能力：該系統(tǒng)擁有成熟AI算法，涵蓋了表計讀數(shù)、設(shè)備狀態(tài)識別、設(shè)備缺陷識別和安全風(fēng)險防范四大主題，通過幾十家變電站的實(shí)際應(yīng)用，證明該算法具有高準(zhǔn)確率、高泛化、高并發(fā)、高覆蓋的能力，能有效替代人工巡檢，并且在發(fā)現(xiàn)問題的速度上要比人工巡檢快得多，可以讓AI代替大腦進(jìn)行處理。③集約監(jiān)測功能：在實(shí)際應(yīng)用中，單一的監(jiān)測設(shè)備無法滿足無人值班的要求，可以將變電站監(jiān)測系統(tǒng)升級為巡檢系統(tǒng)，采用視頻識別+AI智能控制，將“眼”與“腦”連在一起，從而達(dá)到最佳效果。巡檢系統(tǒng)，可以根據(jù)市場上的主流攝像頭，進(jìn)行精確的巡檢（預(yù)置位、PTZ獲取、雨刷啟動、實(shí)時拍照）、預(yù)置位圖像糾正等。通過對硬件的精確控制，可以對算法進(jìn)行分析，從而保證算法能夠獲得高品質(zhì)的穩(wěn)定輸入。同時，根據(jù)巡檢設(shè)備、電力設(shè)備、場地分布圖、電力接線圖等不同的工作維度，對變電站的視頻巡檢進(jìn)行了全面的分析，可以滿足各種不同的巡檢需求，而不限于視頻查看、錄像播放等一些比較單一的應(yīng)用場合，有效地解決了監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用深度廣度的問題。④實(shí)時監(jiān)測功能：運(yùn)行維護(hù)人員只要在調(diào)度端智能遠(yuǎn)程巡檢主站或巡檢中心的巡檢工作站開啟“手動”功能，即可控制站端對應(yīng)位置的巡檢攝像機(jī)的角度和焦距，查看現(xiàn)場電氣設(shè)備、電測儀表的實(shí)時狀態(tài)。也可在接收到智能巡檢系統(tǒng)發(fā)出的告警或預(yù)警信號后進(jìn)行核對，從而通知相關(guān)專業(yè)部門進(jìn)行處理。與以前到變電站才能實(shí)時查看設(shè)備狀態(tài)相比，節(jié)約了時間、人力、物力，而且大大提高了工作的效率。⑤安全監(jiān)視功能：巡檢攝像機(jī)群可以實(shí)現(xiàn)在進(jìn)站人員進(jìn)入監(jiān)控范圍后，對監(jiān)控范圍內(nèi)的車輛及人員進(jìn)行的自動或人工追蹤，從而實(shí)現(xiàn)對人的實(shí)時巡檢，并對關(guān)鍵目標(biāo)進(jìn)行視頻追蹤，使運(yùn)維人員把握住關(guān)鍵目標(biāo)。⑥全天候巡檢功能：巡檢攝像機(jī)方式下每臺攝像機(jī)巡檢范圍較小、需收集的巡檢信息少，因此攝像機(jī)群方式完成巡檢時間短。巡檢攝像機(jī)可以24小時不間斷工作，也不會受天氣影響，因此可根據(jù)需要對變電站或具體設(shè)備實(shí)現(xiàn)全天候巡檢。采用攝像機(jī)群的智能巡檢系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了變電站“一體化”和“無人值守”。以站內(nèi)高處俯瞰地面，以現(xiàn)場實(shí)景影像為實(shí)景，采用AR增強(qiáng)技術(shù)，將實(shí)時影像中的標(biāo)簽與其它子系統(tǒng)進(jìn)行交互，同時將低位巡檢資源與聯(lián)網(wǎng)預(yù)覽相結(jié)合。通過對站點(diǎn)的全方位監(jiān)測，極大地提高了維護(hù)人員的感知能力，為站點(diǎn)的安全升級提供了有力的幫助。4.2智能巡檢機(jī)器人該系統(tǒng)由基站層和機(jī)器人移動層兩個層次構(gòu)成。機(jī)器人移動層根據(jù)制定的路徑、設(shè)備部位進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)采集，基站層接收數(shù)據(jù)、對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、與數(shù)據(jù)庫內(nèi)數(shù)據(jù)比對，并將巡檢結(jié)果發(fā)送給調(diào)度端遠(yuǎn)程巡檢主站。該系統(tǒng)還具有圖像處理、模式識別等特點(diǎn)，能夠?qū)υO(shè)備的故障進(jìn)行自動識別和報警。移動臺和基站之間的數(shù)據(jù)傳送方式分為：無線網(wǎng)橋基站、網(wǎng)橋移動臺、無線網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議。該系統(tǒng)具有靈活的工作模式，在巡檢時不會受到氣候等因素的影響，同時將其非接觸式監(jiān)測與變電站一體化自動監(jiān)測相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)變電站全方位、全自主智能監(jiān)測，有效提高無人值班變電站設(shè)備巡檢水平。巡檢機(jī)器人的主要功能有：①檢測功能：利用紅外熱成像儀探測一次裝置的熱故障。（測試內(nèi)容為電流致熱型、電壓致熱型裝置的主體和連接件的紅外溫度測量，使用可視光攝像裝置，檢查裝置表面有沒有松脫，漏油，銹蝕，破損，異物等，檢查斷路器和隔離開關(guān)、接地開關(guān)的位置，觀察儀表讀數(shù)和油位計的位置。）②分析及報警：對設(shè)備的故障、缺陷進(jìn)行智能分析、故障診斷、故障預(yù)警、設(shè)備巡檢、紅外測溫、濕度等數(shù)據(jù)的自動錄入，并提供紅外圖像。③控制功能：由設(shè)備巡檢員在巡檢后臺進(jìn)行手動巡檢，實(shí)現(xiàn)了對智能巡檢機(jī)器人的人工操作，實(shí)現(xiàn)了對現(xiàn)場實(shí)時的巡檢，替代人工實(shí)現(xiàn)開關(guān)、刀閘操作后位置的校核。④特殊巡視功能：安裝設(shè)備周邊有安全隱患，或者天氣情況惡劣，無法進(jìn)行手工檢查，或者有“死角”時，由巡檢員操作機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)。與人工巡檢相比，智能巡檢機(jī)器人能夠消除“死角”，減少人工巡檢的工作量。同時，智能巡檢機(jī)器人所具有的特殊數(shù)字化處理系統(tǒng)，能夠有效地實(shí)現(xiàn)各種工作標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化、智能化的目的。4.3智能巡檢無人機(jī)在變電站配置巡檢無人機(jī)、固定機(jī)場，無人機(jī)根據(jù)制定的巡檢路徑、巡檢部位、巡檢時間等進(jìn)行巡檢。無人機(jī)可完成自動起降、自主巡檢、自動充電、數(shù)據(jù)上傳、數(shù)據(jù)處理等工作，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)值守的效果。無人機(jī)在變電站內(nèi)可實(shí)現(xiàn)對線路構(gòu)架、斷路器、隔離開關(guān)、變壓器、避雷器、避雷針、母線、表計等設(shè)備進(jìn)行可見光和紅外巡檢。巡檢無人機(jī)具有施工簡單、施工過程中不會影響電氣設(shè)備安全運(yùn)行等特點(diǎn)。但不適合對戶內(nèi)設(shè)備進(jìn)行巡檢。因此往往需要結(jié)合攝像機(jī)或巡檢機(jī)器人才能完成全站巡檢。5.智能變電站巡檢系統(tǒng)的效果①利用通信技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了智能巡檢數(shù)據(jù)的自動上傳和存儲，維護(hù)人員可以隨時查詢、打印巡檢信息，具有真實(shí)性、準(zhǔn)確性、有效性、可視化和安全性。②能夠分析電力設(shè)備和自然環(huán)境的運(yùn)行狀態(tài)，并在第一時間向相關(guān)人員報告，如發(fā)現(xiàn)有物體著火，自動開啟聲光設(shè)備，撥打電話報警。智能變電站巡檢系統(tǒng)是針對日益復(fù)雜的變電站設(shè)備，提高環(huán)境安全巡檢與巡檢工作的效率而開發(fā)的，它可以為電力工業(yè)帶來低成本、高可視化、井然有序的電力設(shè)備和自然環(huán)境監(jiān)測維護(hù)成果。③變電站的電磁環(huán)境十分復(fù)雜，如果沒有經(jīng)過專門的操作和防護(hù)，很容易發(fā)生安全事故。同時，通過設(shè)置區(qū)域的安全保護(hù)措施，使系統(tǒng)能夠?qū)θ松淼陌踩L(fēng)險進(jìn)行及時的檢測。④與先進(jìn)的人工智能技術(shù)相結(jié)合，使儀器具有較高的準(zhǔn)確率和較高的準(zhǔn)確度。機(jī)器人的運(yùn)用，使其在惡劣的工作條件下仍能從容地進(jìn)行維護(hù)，保衛(wèi)設(shè)備的安全運(yùn)行，24小時的不間斷巡檢。通過建立設(shè)備的健康數(shù)據(jù)，不斷地監(jiān)測設(shè)備的細(xì)微變化，及時采取措施，避免造成更大的損失，從而達(dá)到對設(shè)備安全的預(yù)測。⑤按每座變電站每月4次的人工到站巡檢，一次巡查按1輛車2名工作人員1天的工作量來算，如果一個巡檢中心管理20個變電站，那么一個月可以節(jié)約160個工作人員的工作量，而且可以節(jié)約車輛油費(fèi)、車輛損耗、人員投資、外出費(fèi)用等費(fèi)用，將節(jié)省大約二十萬元的運(yùn)維成本，而通過智能巡檢方式，此部分費(fèi)用將大大減少；而且實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的聯(lián)機(jī)管理，有效地防止了設(shè)備的故障發(fā)生率，實(shí)現(xiàn)了降低變電站巡檢費(fèi)用的目的。結(jié)束語由于智能化變電站在實(shí)施過程中會出現(xiàn)許多的問題，所以提出智能化變電站改造的關(guān)鍵技術(shù)就顯得尤為重要。隨著我國科技的發(fā)展，人們生活水平的提高，對電力資源的需求也就隨之增加，只有找出改造的關(guān)鍵技術(shù)才能提高工程質(zhì)量，滿足人類需求。由于問題解決的過程比較困難，所以就需要相關(guān)部門自上而下采取一系列的措施，針對問題，找出合理的解決辦法，從而使智能變電站技術(shù)更加靈活先進(jìn)。參考文獻(xiàn)[1]孫鵬濤.淺談大數(shù)據(jù)架構(gòu)視域下的變電站設(shè)備智能化巡檢系統(tǒng)設(shè)計分析[J].中國設(shè)備工程,2021(13):1